(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピン付き印刷配線板において、前記ピン付き印刷配線板の外部電極パッドに植立用ピンのネイルヘッドの先端接合面が半田付けされ、前記植立用ピンの棒状部が設置される前記ネイルヘッドの棒設置面に溝を有し、前記溝が前記棒状部に交差する直線状に形成され、前記棒設置面と前記先端接合面の間のネイルヘッドの側壁面に前記溝の入り口を有し、前記先端接合面に接する半田フィレットの端部が前記溝の入り口まで引き上げられ前記溝内に半田が充填され前記棒状部に達し、前記溝内の半田と前記先端接合面の半田が前記ネイルヘッドを包んで支えることを特徴とするピン付き印刷配線板。
【請求項２】
請求項１記載のピン付き印刷配線板において、前記溝が前記棒設置面の両端から前記棒状部に達することを特徴とするピン付き印刷配線板。
【請求項３】
請求項２記載のピン付き印刷配線板において、前記溝が前記棒状部に交差する複数の直線状に形成されたことを特徴とするピン付き印刷配線板。
【請求項４】
ピン付き印刷配線板の外部電極パッドにネイルヘッドの先端接合面が半田付けされる植立用ピンであって、前記植立用ピンの棒状部が設置される前記ネイルヘッドの棒設置面に溝を有し、前記溝が前記棒状部に交差する直線状に形成され、前記棒設置面と前記先端接合面の間のネイルヘッドの側壁面に前記溝の入り口を有し、前記先端接合面に接する半田フィレットの端部が前記溝の入り口まで引き上げられ前記溝内に半田が充填され前記棒状部に達し、前記溝内の半田と前記先端接合面の半田により前記ネイルヘッドが包まれ支えられることを特徴とする植立用ピン。
【請求項５】
請求項４記載の植立用ピンにおいて、前記溝が前記棒設置面の両端から前記棒状部に達することを特徴とする植立用ピン。
【請求項６】
請求項５記載の植立用ピンにおいて、前記溝が前記棒状部に交差する複数の直線状に形成されたことを特徴とする植立用ピン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体パッケージ用の印刷配線板の植立用植立用ピンおよび、その植立用ピンを植立したピン付き印刷配線板に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１から３では、半導体パッケージ用の印刷配線板に植立用ピンを半田付けして植立し半田フィレット７を形成する技術が知られていた。特に、その植立用ピンの棒状部の一端に円板状のネイルヘッドを接続し、ネイルヘッドの先端接合面を球面状の凸面にして半田フィレットで印刷配線板の外部電極パッドに半田付けしていた。しかし、特許文献１では、半田フィレットがネイルヘッドの上面にまで乗りあがっていないので半田フィレットがネイルヘッドを保持する力が弱いと考えられた。
【０００３】
ネイルヘッドを強く保持するには、植立用ピンの棒状部を設置するネイルヘッドの棒設置面の全面に棒状部に達するまで半田がはい上がり濡れ広がった半田フィレットを形成することが望ましいが、この状態を実現させようとして半田量を増やせば、図６のように、植立用ピン１の棒状部１ａへ半田フィレット７が過大にはい上がるようになり、植立用ピン１の棒状部１ａを差し込むソケットに半田フィレット７が触れる問題があった。そのため、特許文献２と３では、半田フィレット７が、ネイルヘッド１ｂの上面の棒設置面１ｄにまで乗り上がり、しかも乗り上がった半田フィレット７が棒状部１ａには触れないようにする技術が開示されていた。
【０００４】
以下に公知文献を記す。
【特許文献１】特開昭６３−３１６４６４号公報
【特許文献２】特開２００１−２１７３４１号公報
【特許文献３】特開２００１−２９１７９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献２と３のように、植立用ピン１のネイルヘッド１ｂの上面である棒設置面１ｄの全面に半田が塗れ広がらないようにすると、図７のように、はんだ付け条件のばらつきによって、棒設置面１ｄの片端のみが半田で濡れて支えられ、棒設置面１ｄの他端には半田が濡れず支えられない場合を生じる。その場合は、ネイルヘッド１ｂが、半田で濡れていない棒設置面１ｄ側の半田フィレット７から剥がれ始める問題があった。このように、棒状部１ａへ過大に半田がはい上がらないようにしつつ、かつ、ネイルヘッド１ｂを強固に半田フィレット７で支えるように半田付けすることは困難である問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、この課題を解決するために、ピン付き印刷配線板において、前記ピン付き印刷配線板の外部電極パッドに植立用ピンのネイルヘッドの先端接合面が半田付けされ、前記植立用ピンの棒状部が設置される前記ネイルヘッドの棒設置面に溝を有し、前記溝が前記棒状部に交差する直線状に形成され、前記棒設置面と前記先端接合面の間のネイルヘッドの側壁面に前記溝の入り口を有し、前記先端接合面に接する半田フィレットの端部が前記溝の入り口まで引き上げられ前記溝内に半田が充填され前記棒状部に達し、前記溝内の半田と前記先端接合面の半田が前記ネイルヘッドを包んで支えることを特徴とするピン付き印刷配線板である。
【０００７】
また、本発明は、上記の印刷配線板において、上記溝が上記棒設置面の両端から上記棒状部に達することを特徴とするピン付き印刷配線板である。
【０００８】
また、本発明は、上記の印刷配線板において、上記溝が上記棒状部に交差する複数の直線状に形成されたことを特徴とするピン付き印刷配線板である。
【０００９】
また、本発明は、ピン付き印刷配線板の外部電極パッドにネイルヘッドの先端接合面が半田付けされる植立用ピンであって、前記植立用ピンの棒状部が設置される前記ネイルヘッドの棒設置面に溝を有し、前記溝が前記棒状部に交差する直線状に形成され、前記棒設置面と前記先端接合面の間のネイルヘッドの側壁面に前記溝の入り口を有し、前記先端接合面に接する半田フィレットの端部が前記溝の入り口まで引き上げられ前記溝内に半田が充填され前記棒状部に達し、前記溝内の半田と前記先端接合面の半田により前記ネイルヘッドが包まれ支えられることを特徴とする植立用ピンである。
【００１０】
また、本発明は、上記の植立用ピンにおいて、上記溝が上記棒設置面の両端から上記棒状部に達することを特徴とする植立用ピンである。
【００１１】
また、本発明は、上記の植立用ピンにおいて、上記溝が上記棒状部に交差する複数の直線状に形成されたことを特徴とする植立用ピンである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、植立用ピン１のネイルヘッド１ｂの棒設置面１ｄに溝１ｅを形成することで、ネイルヘッド１ｂの側壁面１ｆの溝入り口１ｇの断面が表面張力で半田を吸い上げ、棒設置面１ｄに形成した溝１ｅの棒状部１ａ側の端まで半田フィレット７の端部が引き上げられる。そうして半田フィレット７の端部が溶融半田の表面張力によりネイルヘッド１ｂの側壁面１ｆの溝入り口１ｇまで引き上げられ、棒設置面１ｄの溝１ｅ内に充填された半田フィレット７がネイルヘッド１ｂを上からも包んで支えることで、ネイルヘッド１ｂを強固に支えることができる効果がある。一方、半田フィレット７の溶融半田は表面張力によって棒状部１ａの壁面から溝１ｅ内に引き込まれるため、フィレット７が棒状部１ａの壁面へはい上がる半田の長さが最小限に限定される効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
＜第１の実施形態＞
本発明のピン付き印刷配線板の第１の実施形態を図１から図５を参照して詳細に説明する。本発明の植立用ピン１は、図１のように、棒状部１ａと円板状のネイルヘッド１ｂから成り、植立用ピン１のネイルヘッド１ｂの先端接合面１ｃが印刷配線板１００の外部電極パッド２に半田付けされる。図１は、ピン付き印刷配線板１００の外部電極パッド２への植立用ピン１の接合部分を示す図である。図１（ａ）は、植立用ピン１を、棒状部１ａの軸方向から観察した平面図であり、図１（ｂ）は、棒状部１ａの軸方向に垂直な側面から観察した断面図である。植立用ピン１のネイルヘッド１ｂの先端接合面１ｃの反対側の面で棒状部１ａを設置する面は棒設置面１ｄである。棒設置面１ｄには溝１ｅが形成されている。溝１ｅは、棒状部１ａに交差する直線上に形成し、その直線のネイルヘッド１ｂの側壁面１ｆとの交差点に溝入り口１ｇを有する。図１では、棒状部１ａまで達する溝１ｅを示す。図２は、図１（ｂ）の半田付け部分を軸方向に垂直な方向から観察した側面図であり、図２（ａ）は、植立用ピン１の溝１ｅに垂直な方向から観測した側面図であり、図２（ｂ）は、溝１ｅの方向から観測した側面図である。溝１ｅに半田フィレット７の半田が充填され、半田が棒状部１ａに達し棒状部１ａの壁面にはい上がる。
【００１４】
このピン付き印刷配線板１００は、図３のように、例えば、銅の配線パターン３と、厚さ５０μｍから２００μｍのエポキシ樹脂材やポリイミド樹脂材、またはガラス繊維入り
エポキシ樹脂材やガラス繊維入りポリイミド樹脂材等のガラス繊維入り絶縁樹脂などから成る絶縁樹脂層４が積層された印刷配線板１００である。印刷配線板１００の上主面１０１には、搭載する半導体素子１０のバンプ１１を接続する外部電極パッド５が配線パターン３上の厚さが約１０μｍから４０μｍのソルダーレジスト６の開口により形成されている。また、下主面１０２には、植立用ピンを接続する外部電極パッド２が配線パターン３上の厚さが約１０μｍから４０μｍのソルダーレジスト６の開口によって形成されている。配線パターン３の、ソルダーレジスト６の開口から露出した面には、３μｍ程度の厚さのニッケルめっき層と０．０３μｍから１μｍ程度の金めっき層を形成して外部電極パッド５と２を形成する。
【００１５】
外部電極パッド５には、半導体素子１０のバンプ１１を半田付けするための準備として、固相点が２３５℃以下のプリコート半田をプリコートしておく。このプリコート半田は半導体素子１０のバンプ１１を外部電極パッド５に半田付けする際に再溶融させる。すなわち、固相点が２１７〜２２７℃程度のＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ半田や固相点が２１３℃程度のＳｎ−Ｂｉ−Ａｇ半田やＳｎＰｂ半田等をプリコートする。このプリコート半田の固相点は、２３０℃以下であることがより望ましい。また、外部電極パッド５と２には、ニッケル−金などの金属めっき層のかわりに、イミダゾール化合物やベンズイミダゾール化合物等から成る水溶性プリフラックスによる水溶液有機防錆皮膜を形成して外部電極パッド５と２にすることも可能である。
【００１６】
外部電極パッド２には、植立用ピン１のネイルヘッド１ｂの先端接合面１ｃを、半導体素子１０の印刷配線板１００への半田付け温度より高い固相点と液相点を有する半田で半田付けする。すなわち、固相点が２４０℃以上で液相点が２７０℃以下の半田で半田付けしてピングリッドアレイ構造を形成する。外部電極パッド２へのネイルヘッド１ｂの先端接合面１ｃの半田付けは、半導体素子１０を絶縁樹脂層４上に設置する以前に行う。すなわち、ネイルヘッド１ｂの先端接合面１ｃを、固相点が２４０℃以上で液相点が２７０℃以下の半田で、印刷配線板１００の外部電極パッド２に半田付けする。半田組成は、Ｐｂが８０％以上で残りが他元素である二元または三元半田、例えばＰｂが８０％でＳｎが２０％の半田、又は、Ｐｂが８２％でＳｎが１８％の半田、又は、Ｐｂが８０％でＳｎが１０％、Ｓｂが１０％の半田、あるいは、Ｐｂが８２％でＳｎが１０％でＳｂが８％の半田などを用いることができる。また、Ｐｂフリーの高温半田を用いることもできる。
【００１７】
植立用ピン１のネイルヘッド１ｂを印刷配線板１００の外部電極パッド２に半田付けする半田の液相点が２７０℃を超えるとその半田付け温度が絶縁樹脂層４を劣化させる問題がある。また、固相点が２４０℃未満の場合は、後に半導体素子１０のバンプ１１を外部電極パッド５へ半田付けする際の加熱処理により、半田フィレット７のネイルヘッド１ｂの先端接合面１ｃとの接合部分の強度が劣化したり外れる問題が発生する。そのため、印刷配線板１００の外部電極パッド２に固相点が２４０℃以上で液相点が２７０℃以下の半田を用いて、植立用ピン１のネイルヘッド１ｂを半田付けする。
【００１８】
植立用ピン１の材料は、例えばコバールや４２アロイ、１９４アロイなどニッケル系合金または銅合金を用いる。植立用ピン１の表面は電解金めっきで覆うことが望ましく、その金めっきの下地にニッケルめっきをする。めっき厚は例えば金めっき厚が０．３μｍ、ニッケルめっき厚が４．０μｍにする。めっきの対象が微小なピンであるため、めっき工法はバレルめっきが適切である。
【００１９】
植立用ピン１の棒状部１ａの断面形状は円で、直径は例えば０．３ｍｍにする。棒状部１ａの直径０．３ｍｍは、ピン付き印刷配線板１００の主要用途であるＰＧＡパッケージのピンピッチが１．２７ｍｍの場合に適する。植立用ピン１のネイルヘッド１ｂは、円板状で、円板の一方の面が球面状の凸面の先端接合面１ｃであり、円板の他方の面が平面状
の棒設置面１ｄである。ネイルヘッド１ｂの円板の直径は例えば０．７５ｍｍにする。そのネイルヘッド１ｂの棒設置面１ｄに垂直に棒状部１ａを接続する。植立用ピン１のネイルヘッド１ｂの先端接合面１ｃは、球面状の凸面に形成する。その先端接合面１ｃを、溶融半田で外部電極パッド２へ半田付けする。この半田付けは、外部電極パッド２に設置した半田ペーストを加熱して溶融させ、その溶融半田に植立用ピン１のネイルヘッド１ｂを押し当てて半田付けすることができ、又は、先に先端接合面１ｃに溶融半田を設置してその溶融半田を外部電極パッド２に押し当てて半田付けすることができる。この半田付けの際に、球面状の凸面の先端接合面１ｃを印刷配線板１００の外部電極パッド２と接触させるか４０μｍ以下の狭い間隙を外部電極パッド２との間にあけて半田付けする。先端接合面１ｃを球面状の凸面にしたため、その面が最も外部電極パッド２に近接する先端点以外の面は、外部電極パッド２の面から所定の間隔を隔て、また、傾斜した面を成す。そのため、外部電極パッド２と先端接合面１ｃの間の溶融半田の中に気泡が存在する場合に、気泡が先端接合面１ｃの傾斜に沿って上昇して溶融半田の外に排出されるため、外部電極パッド２と先端接合面１ｃの間の半田に気泡が混入せず、強固な半田フィレット７が形成される効果がある。
【００２０】
ネイルヘッド１ｂの棒設置面１ｄには、図１に示すように、棒状部１ａに交差する溝１ｅを、棒設置面１ｄの両端から形成する。溝１ｅの断面形状は三角形や半円に形成する。植立用ピン１作成に用いる金型の寿命を考慮すると、溝１ｅの断面には鋭角を形成せず、例えば半円の断面の溝１ｅを形成することが望ましい。溝１ｅの寸法は、溶融半田が表面張力で流れられる寸法に形成し、例えば幅５０μｍ、深さ５０μｍ程度に形成する。半田フィレット７の溶融半田は、図２に示すように、先端接合面１ｃからネイルヘッド１ｂの側壁面１ｆの溝入り口１ｇの断面に浸入し、表面張力で棒設置面１ｄの溝１ｅ内に濡れ広がり、棒状部１ａに達し、溶融半田が棒状部１ａの壁面に濡れ上がった半田フィレット７を形成する。半田フィレット７の溝１ｅを充填した半田は、電極パッド２の反対方向からネイルヘッド１ｂを支えるため、ネイルヘッド１ｂが半田フィレット７で両面から包まれて、強く支えられ、先端接合面１ｃから半田フィレット７が剥離することを防ぐ効果がある。
【００２１】
円板状のネイルヘッド１ｂの厚さは例えば０．１５mmにする。深さ５０μｍの溝１ｅは、このネイルヘッド１ｂの厚さの３割程度の深さである。ネイルヘッド１ｂの先端接合面１ｃと棒設置面１ｄの接続する部分である円板の外周縁部では、先端接合面１ｃの面の方向をなだらかに変えて、急な変曲点無しで、棒設置面１ｄの面に接続するようにする。その先端接合面１ｃが棒設置面１ｄに接続するまでなだらかに面の向きを変える。そのようにネイルヘッド１ｂの外周縁部の面を、なだらかに面の向きを変えて棒設置面１ｄに変曲点無しで接続することで、その部分の円板の外周縁部に半田フィレット７が乗り上がる。また、ネイルヘッド１ｂの側壁面１ｆの溝入り口１ｇの断面が表面張力で半田を吸い上げることで、棒設置面１ｄに形成した溝１ｅの棒状部１ａ側の端まで半田フィレット７の端部が引き上げられる。そうして半田フィレット７の端部が溶融半田の表面張力によりネイルヘッド１ｂの側壁面１ｆの溝入り口１ｇまで引き上げられ、棒設置面１ｄに形成した溝１ｅ内に充填され、ネイルヘッド１ｂを上からも半田で包んで支えることで、ネイルヘッド１ｂを強固に支えることができる効果がある。また、半田フィレット７の溶融半田は表面張力によって棒状部１ａの壁面から溝１ｅ内に引き込まれるため、フィレット７が棒状部１ａの壁面へはい上がる半田の長さが最小限に限定される効果がある。
【００２２】
ネイルヘッド１ｂの円板の直径は、それを半田付けする印刷配線板１００の外部電極パッド２の大きさに合わせて定める。外部電極パッド２の大きさは、外部電極パッド２がソルダーレジストで覆われていないランドで形成される場合はそのランド径、外部電極パッド２がランドを覆うソルダーレジスト６の開口部で形成される場合はその開口部の直径であり、その直径が１．０ｍｍから１．１ｍｍ程度の場合は、ネイルヘッド１ｂの直径を０．７５ｍｍに設定する。これにより、ネイルヘッド１ｂの先端接合面１ｃと外部電極パッド２との間の空間を半田で充填して形成される半田フィレット７の形が、ネイルヘッド１ｂの円板の外周縁部からなだらかな斜面の山の裾野状に外部電極パッド２の外周縁まで広がる形状に形成され、植立用ピン１のネイルヘッド１ｂと半田フィレット７を高い信頼性で安定して接合できる効果が得られる。
【００２３】
＜変形例＞
また、ネイルヘッド１ｂの棒設置面１ｄに、棒状部１ａに交差させるように形成した溝１ｅは、以上の実施形態の図１のように１本の直線上に形成しても良いが、図４のように２本またはそれ以上の直線上に溝１ｅを形成することが望ましい。そうすることで、溶融半田がネイルヘッド１ｂの側壁面１ｆの溝入り口１ｇまで引き上げられる箇所が多くなり、多くの箇所で半田フィレット７がネイルヘッド１ｂの側壁面１ｆを包み、溝１ｅを充填した半田がネイルヘッド１ｂを電極パッド２とは反対側からも支える箇所が増すことで強固にネイルヘッド１ｅを保持できる効果がある。
【００２４】
この植立用ピン１を印刷配線板１００に植立すると、溶融半田が表面張力で、植立用ピン１のネイルヘッド１ｂの棒設置面１ｄに形成された溝１ｅにまで容易に引き上げられ、また、棒状部１ａに達するまで濡れ広がって棒状部１ａの壁面にまで濡れ上がる。溝１ｅの内壁面全体が溝入り口１ｇの断面から半田フィレット７の溶融半田を引き上げるので、半田フィレット７の溶融半田は、最小の場合でも図１と図２のように、溝１ｅを通って棒状部１ａまで到達する。こうして半田を棒状部１ａまで引き上げることで、半田フィレット７がネイルヘッド１ｂの側壁面１ｆまで確実に引き上げられ、ネイルヘッド１ｂとの接着面積が広げられ、接合強度を安定して高くできる。また、図４のように溝１ｅを２本またはそれ以上の直線上に形成することで、半田フィレット７が溝入り口１ｇに引き上げられることで確実に棒設置面１ｄまで達する箇所を増すことができる。図５のように半田フィレット７が溝入り口１ｇから棒設置面１ｄの上面まで広がって乗り上げる場合は、より強固にネイルヘッド１ｂを支えることができる。図４や図５のように、ネイルヘッド１ｂの側壁面１ｆの溝入り口１ｇまで持ち上げられた半田フィレット７がネイルヘッド１ｂを支えることでネイルヘッド１ｂの保持強度を向上させる。
【００２５】
以上では、植立用ピン１のネイルヘッド１ｂの先端接合面１ｃを球面状の凸面に形成したが、先端接合面１ｃを平面の棒設置面１ｄに平行な平面状に形成することも可能である。また、ネイルヘッド１ｂの形状は、円板に限定されず、外周縁が多角形で棒設置面１ｄに溝１ｅが形成されたネイルヘッド１ｂ、あるいは外周縁が矩形のネイルヘッド１ｂに、その棒設置面１ｄに溝１ｅを形成して用いることで、同様に半田フィレット７のネイルヘッド１ｂへの接合強度を向上させることが可能である。
【００２６】
なお、以上の実施形態では、ネイルヘッド１ｂの側壁面１ｆに溝入り口１ｇを有する溝１ｅを棒設置面１ｄに形成し、棒状部１ｅまで達する場合を示したが、溝１ｅは、ネイルヘッド１ｂの側壁面１ｆに溝入り口１ｇがあれば、棒状部１ｅまで達さない形に形成しても良い。そのように溝１ｅの長さが短い場合も、ネイルヘッド１ｂの側壁面１ｆの溝入り口１ｇから半田接合面１ｃの溶融半田を表面張力で溝１ｅ内に引き込み、溝１ｅの内面全体の表面張力によって溶融半田を引き上げる効果がある。また、例えば厚さ１５０μｍのネイルヘッド１ｂに形成する溝１ｅを、棒設置面１ｄからの深さを８０μｍに深くし、幅は４０μｍにしてアスペクト比を高くした溝１ｅを形成することもできる。こうして、厚さ１５０μｍのネイルヘッド１ｂに深さ８０μｍの溝１ｅを形成すると、溝入り口１ｇがネイルヘッド１ｂの側壁面１ｆのみならず、先端接合面１ｃにまで達する。そのため、半田付けのバラツキによりネイルヘッド１ｂの外周縁までは溶融半田で濡れない場合にも、溶融半田がネイルヘッド１ｂの先端接合面１ｃから表面張力で溝１ｅに吸い上げられて溝１ｅが充填されるので、ネイルヘッド１ｂを確実に半田で保持することができる効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態の植立用ピンを印刷配線板に半田付けした構造の平面図と側断面図である。
【図２】本発明の実施形態の植立用ピンを印刷配線板に半田付けした構造の側面図である。
【図３】本発明の実施形態のピン付き印刷配線板の断面図である。
【図４】本発明の実施形態の変形例１の、植立用ピンを印刷配線板に半田付けした構造の平面図と側断面図である。
【図５】本発明の実施形態の変形例１の、植立用ピンの他の半田付け状態を示す平面図である。
【図６】従来技術の植立用ピンを印刷配線板に半田付けした第１の状態を示す平面図と側断面図である。
【図７】従来技術の植立用ピンを印刷配線板に半田付けした第２の状態を示す平面図と側断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１・・・植立用ピン
１ａ・・・棒状部
１ｂ・・・ネイルヘッド
１ｃ・・・先端接合面
１ｄ・・・棒設置面
１ｅ・・・溝
１ｆ・・・側壁面
１ｇ・・溝入り口
２、５・・・外部電極パッド
３・・・配線パターン
４・・・絶縁樹脂層
６・・・ソルダーレジスト
７・・・半田フィレット
１０・・・半導体素子
１１・・・バンプ
１００・・・印刷配線板
１０１・・・上主面
１０２・・・下主面
【図１】
0005272503.tif 000002
【図２】
0005272503.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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